某型火警傳感器測試系統(tǒng)設(shè)計

陳林

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

某型火警傳感器是飛機發(fā)動機艙防火系統(tǒng)重要組成之一，當(dāng)某一臺發(fā)動機艙失火時，火警傳感器發(fā)出告警信號經(jīng)火警控制盒放大后進入座艙，并通過座艙儀表板上的紅色信號燈進行告警，提醒飛行員進行應(yīng)急處置。正常情況下，飛機左右發(fā)動機艙各裝有一套防火系統(tǒng)，每套系統(tǒng)包括1 個火警控制盒和23個火警傳感器。其中，火警傳感器分六組安裝在發(fā)動機艙不同的溫度區(qū)域內(nèi)。

本文設(shè)計的測試系統(tǒng)支持對火警傳感器的工作性能參數(shù)進行檢查，能夠模擬發(fā)動機艙起火環(huán)境，實現(xiàn)火警傳感器著火條件下熱電動勢信號自動輸出及檢測需求。測試系統(tǒng)采用標準化設(shè)計，具有人機交互功能及接口，便于人員操作、相關(guān)數(shù)據(jù)顯示、工作參數(shù)設(shè)定，能夠支持試驗數(shù)據(jù)打印及導(dǎo)出。

1 測試系統(tǒng)需求分析

火警傳感器是利用當(dāng)周圍介質(zhì)的溫度發(fā)生變化時，在熱電偶中產(chǎn)生熱電動勢的現(xiàn)象工作?；鹁瘋鞲衅髋c火警控制盒共同組成飛機發(fā)動機火警分系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)動機艙內(nèi)的溫度達到一定值時，火警傳感器的熱電動勢達到一定數(shù)值，其輸出電壓加在火警控制盒中測量比較電路的輸入端，與基準電壓相比較，當(dāng)傳感器的輸出電壓大于基準電壓時，門限電路輸出有效信號，該信號經(jīng)功率放大驅(qū)動執(zhí)行部件輸出告警信號。

當(dāng)發(fā)動機艙所安裝的傳感器任何一條敏感到火災(zāi)情況，火警控制盒都會輸出告警信號（27VDC），此時，飛機座艙主告警燈盒中的紅色“火警”信號燈將閃亮，飛行員耳機中出現(xiàn)“左（右）發(fā)動機失火”的話音，同時火警信號也輸送到飛參記錄系統(tǒng)?；鹁瘋鞲衅魍庑稳鐖D1 所示。

圖1 火警傳感器外形圖

測試系統(tǒng)支持火警傳感器主要性能檢測，可以快速驗證產(chǎn)品電氣性能指標，具有通用化、模塊化的設(shè)計特點。通過對火警傳感器工作原理、外部接口連接關(guān)系的分析，確定測試系統(tǒng)需要達到的測試指標要求，具體如下：(1)電源：三相380V AC±10%、50Hz±1%；(2)溫度要求：300 ℃+10 ℃，精度±1 ℃；(3) 風(fēng)速要求：（2～2.5）m/s，精度0.1 m/s；(4)熱電動勢要求：±30mV，精度5‰；(5)功率消耗：最大15KVA；(6)以太網(wǎng)：1 路雙向、具備聯(lián)網(wǎng)功能和數(shù)據(jù)上傳下載的100M/10M以太網(wǎng)需求；(7)軟件要求：人機界面簡約大方、測試數(shù)據(jù)實時顯示、測試結(jié)果自動保存。

2 測試系統(tǒng)設(shè)計

2.1 原理設(shè)計

火警傳感器測試系統(tǒng)以PLC 為主控制器，通過觸摸屏顯示相關(guān)數(shù)據(jù)、設(shè)定工作參數(shù)，配有高精度D/A、A/D 和高速計數(shù)器等模塊進行數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換。同時，測試系統(tǒng)具有溫度自動化控制和測試數(shù)據(jù)智能化管理功能，是技術(shù)先進的智能測試裝置。系統(tǒng)設(shè)計時，要求整個操作過程在觸摸屏面板完成，操作簡單，極大地減輕了測試員工作量，簡化了測試過程，是一臺自動化程度較高的航空測試設(shè)備。測試系統(tǒng)原理設(shè)計框圖如圖2 所示。

圖2 火警傳感器測試系統(tǒng)原理框圖

采用全新的自動化控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其工作原理如下：在測試臺中，由觸摸屏和PLC 構(gòu)成智能控制系統(tǒng)，通過專用測試軟件對管道溫度、被測試產(chǎn)品電動勢數(shù)值采集構(gòu)成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，所有的溫度操作都是由觸摸屏的不同界面實現(xiàn)的，被測試的電動勢數(shù)據(jù)方法可根據(jù)產(chǎn)品的檢測規(guī)則設(shè)計，自動地儲存在觸摸屏內(nèi)部，可以隨時查看和導(dǎo)出，便于管理，提高檢測效率，觸摸屏具有多個界面供用戶選擇不同的功能，測試臺完全實現(xiàn)了智能操作了，減小了手工檢測產(chǎn)生的誤差，提高了產(chǎn)品重復(fù)檢測時數(shù)據(jù)的一致性，還節(jié)省工時，提高工作效率。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖3 所示，整個測試系統(tǒng)主要包括爐膛及風(fēng)道部分、高溫加熱裝置、高溫風(fēng)機、溫度傳感器、人機界面部分等組成，具體如下：

圖3 結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2.2.1 爐膛及風(fēng)道部分

在該試驗臺中，由耐高溫離心風(fēng)機、加熱裝置、管道等組成閉合循環(huán)風(fēng)道，為產(chǎn)品測試提供穩(wěn)定可靠的試驗環(huán)境。

2.2.2 300℃風(fēng)道及加熱方式

為了保證試驗臺長期穩(wěn)定運行，采用專用加熱裝置，其加熱采用新型的翹片加熱器，它散熱效率高，使用安全，功率為10KW，風(fēng)道內(nèi)部材料全部采用不銹鋼材料，外部設(shè)計封閉保溫結(jié)構(gòu)，內(nèi)部充填納米950 保溫材料，只有進、出風(fēng)口的法蘭盤外露，極大的降低了熱量損耗，提高工作效率。

2.2.3 高溫風(fēng)機

采用離心風(fēng)機作為風(fēng)道循環(huán)的動力源，其整體采用不銹鋼材料加工，適合400℃環(huán)境下長期使用，風(fēng)機的連接軸散熱采用內(nèi)部循環(huán)水冷卻，確保電機和軸承長期正常運行，風(fēng)機外部也采用專用保溫措施，降低熱損耗。

2.2.4 溫度傳感器

溫度傳感器是整個系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一，采用耐高溫400℃結(jié)構(gòu)，其位置放置在風(fēng)道中，確保測試溫度的準確性，其精度為A 級，采用可拆卸結(jié)構(gòu)，便于定期檢定。

2.2.5 人機界面部分

人機界面主要用于傳感器的選擇、風(fēng)道溫度設(shè)定、熱電動勢參數(shù)顯示等功能，主要由觸摸屏實現(xiàn)。

2.3 電氣設(shè)計

2.3.1 控溫部分

在試驗臺中，溫度控制儀表采用進口智能數(shù)顯儀表對溫度進行控制，具有PID 自整定功能，控溫精度高使用方便，控溫儀表具有計算機通訊接口，用于智能管理，所有溫度控制元件全部采用無觸點，提高試驗臺的可靠性，實現(xiàn)溫度的自動控制。

2.3.2 顯示儀表

試驗臺的計時器、毫伏表都采用數(shù)顯儀表，提高測試精度，所有儀表都具有計算機通訊接口功能，便于與觸摸屏和PLC 進行數(shù)據(jù)交換和儲存。

2.4 軟件設(shè)計

測試系統(tǒng)軟件分為人機界面軟件和各傳感器控制軟件，實現(xiàn)在觸摸屏上操作和顯示功能以及伺服機構(gòu)的控制。人機界面軟件以操作簡單，顯示簡潔明了為目標，實現(xiàn)6 種被測傳感器的測試功能，通過界面操作，啟動相應(yīng)的控制軟件，實現(xiàn)傳感器的自動和手動測試。測試主程序流程如圖4 所示。

圖4 測試流程圖

3 主要性能測試驗證

3.1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面

測試時可根據(jù)不同的被測傳感器設(shè)置不同的保護溫度和保護風(fēng)速，保證系統(tǒng)安全可靠工作。

3.2 性能測試主界面

如圖5 所示，整個火警傳感器測試系統(tǒng)的操作、顯示都是在觸摸屏上，實現(xiàn)5 種被測傳感器的測試功能，通過界面操作，啟動相應(yīng)的控制軟件，實現(xiàn)傳感器的自動和手動測試，操作界面直觀簡潔。

圖5 性能測試主界面

經(jīng)驗證，測試系統(tǒng)實現(xiàn)了在溫度300 ℃+10 ℃溫度范圍內(nèi)，火警傳感器輸出熱電動勢±30mV的測試要求。

結(jié)束語

本文通過對某型火警傳感器信號接口、功能結(jié)構(gòu)以及性能測試指標的分析研究，設(shè)計研制一套火警傳感器的測試系統(tǒng)。通過試驗驗證，該測試系統(tǒng)能夠滿足火警傳感器熱電動勢輸出測試要求。目前，該系統(tǒng)已用于某型火警傳感器修理測試中。